Christ真空冷冻干燥机的验证方法

     Christ真空冷冻干燥( 简称“冻干”) 是利用升华的原理进行干燥的一种技术，是将被干燥的物质在低温下快速冻结，然后在适当的真空环境下，使冻结的水分子直接升华成为水蒸气逸出的过程。Christ冷冻干燥得到的产物称作冻干物，该过程称作冻干。

物质在干燥前始终处于低温冻结状态，同时冰晶均匀分布于物质中。升华过程不会因脱水而发生浓缩现象，避免了由水蒸气产生泡沫、氧化等副作用。干燥物质呈干海绵多孔状，体积基本不变，极易溶于水而恢复原状。在最大程度上防止干燥物质的理化和生物学方面的变性。

1 Christ冻干机解释：

    冻干: 利用升华的原理使物料脱水的一种干燥技术。
   
    升华: 固体不经过液态而直接变成气态的汽化现象叫做升华。
 
   共晶点: 混合物料被完全冻结或固化的温度叫共晶点。
 
    产品的崩解现象: 当产品干燥到一定时候，溶质的结晶会失去刚性而发粘，发生崩塌，这叫做崩解现象。发生崩解时的温度叫做崩解温度。

2 Christ真空冷冻干燥曲线：

    在冻干过程中，把产品和板层的温度、冷凝器温度对照时间划成曲线，叫做冻干曲线。一般纵坐标为温度，横坐标为时间。冻干不同的产品采用不同的冻干曲线。同一产品使用不同的冻干曲线时，产品的质量也不相同。冻干曲线还与冻干机的性能有关，因此不同的产品，不同的冻干机应用不同的冻干曲线。
    根据所获取的制品的共熔点温度、崩解温度、最佳预冻速率、残水含量和冻干机的性能，初步拟订出搁板温度曲线和冻干箱的压力曲线，用此曲线在实验冻干机上试验。测量并记录的搁板温度、制品冻层温度、制品干层温度、冻干箱压力、冷阱温度等参数，随时修改冻干曲线中不合理部分。由检测和观察确定升华阶段结束和解吸干燥结束的时间。冻干结束后，对产品质量和含水量进行检测。根据所得冻干过程参数的数据，重新拟订冻干曲线并进行试验，直到得到较为满意的曲线为止。

 

3 Christ冻干机的组成

     冻干机系由制冷系统、真空系统、加热系统、电器仪表控制系统所组成。真空系统为升华干燥仓建立低气压条件，加热系统向物料提供升华潜热，制冷系统向冷阱和干燥室提供所需的冷量，电器仪表控制系统控制各系统的运作。冻干机主要部件为干燥箱、凝结器、冷冻机组、真空泵、加热/冷却装置等。

4 计量特性

验证项目	技术要求
板层( 冷媒) 最低温度	≤ －50℃
板层( 冷媒) 降温速率	＞1℃ /min
冷凝器降温速率	＞2℃ /min
冷凝器最低温度测试抽气时间系统真空泄漏率	/s
极限真空度测试	≤1Pa
板层( 冷媒) 升温速率	＞1. 0℃ /min
板层( 冷媒) 最高温度温度偏差温度均匀性最大捕水量测试	参考仪器说明书

    以上性能要求仅供参考，可根据设备的实际情况做相应的调整。

5 验证方法

5. 1 板层( 冷媒) 的降温速率和最低温度

      按照冻干机使用标准操作规程操作，当板层制冷开始记下当时的温度( 常温) 和时间，当温度降至冻干温度时记下时间，并按公式( 1) 计算降温速率:
( T1 － T2)
VT = ( 1) t
式中: V_T—板层( 冷媒) 的降温速率，℃ /min;
T₁—冻干机的初始温度，℃。 T₂—冻干机的冻干温度，℃; t—冻干机的变温时间，min。
     持续对冻干箱进行降温，记录板层( 冷媒) 的最低温度。

5. 2 冷凝器降温速率和最低温度测试
   
      按照Christ冻干机使用标准操作规程操作，当冷凝器制冷开始记下当时的温度和时间。当冷凝器到达目标冻干温度( － 40℃) 时，记录标准器的温度和时间，参考公式( 1) 计算冷凝器降温速率。继续对冷凝器降温，直到当达到最低温度时为止，并记录该最低温度值。

5. 3 抽气时间和极限真空度测试
将冻干箱加热至干燥状态，冷凝器的温度低于－50℃，启动抽真空系统，记录真空度自一个大气压升高到 10Pa 的时间; 继续抽真空 2 小时，记录极限真空度。

5. 4 系统真空泄漏率测试
完成 5. 3 项的极限真空度测试后( 极限真空度大约在≤1Pa 时) ，关闭真空设备上的各阀门进行保压。记录起始时间和真空度，经 40 分钟后记录冻干箱的真空度值，按公式( 2) 计算系统真空泄漏率。
P₂ － P₁ × V
Q = ( 2) t
式中: Q—系统真空泄漏率，Pa·m³ /min ;
P₂—冻干机的真空室经过时间 t 后达到的压强，Pa;
P₁—真空泵停止时冻干箱的压强，Pa;
V—冻干箱的体积，m³;
t—冻干机的变温时间，min。

5. 5 板层( 冷媒) 升温速率和最高温度测试
将板层温度降到 － 40℃，记录当时的温度和时间，设定板层温度为 70℃ 对板层加热。当温度升至 20℃时记下时间，对冻干机板层升温速率进行评价，参考公式( 1) 计算板层( 冷媒) 升温速率。
继续对板层升温，当达到最高温度时，记录板层Christ真空冷冻干燥机的验证方法 53的最高温度值。

5. 6 温度偏差与温度均匀性
将干燥空间分为上、中、下三层，每层放置 5 个温度传感器，分别放于各层的四角和中心点。在空载状态下进行温度分布测试，温度测试点分别为－40℃、0℃和 40℃，箱体温度定稳定 30 分钟，每 2 分钟测量全部测量点的温度值和设备指示温度值 1 次，共 15 次。也可根据被校设备的稳定性和数据变化情况可适当调整采集时间间隔及采集次数。应尽量采集稳定过程中有代表性的高点和低点。
温度偏差( 中心点) : 冻干机在稳定状态下，仪器显示温度平均值与中心点实测温度平均值的差值，按公式( 3) 计算:
Δt_d = t_d － t_o ( 3) 式中: Δt_d—温度偏差，℃;
t_d—被测设备显示平均值，℃;
t_o—标准器于冻干箱几何中心点 n 次测量的平均值，℃。
温度均匀度: 设备在稳定状态下，全部测量点每次测试的最高温度与最低温度之差的算术平均值。
Δtu = ∑(n)( timax － timin) /n ( 4) 式中: Δ(i=1)t_u—温度均匀度，℃;
t_imax—各测试点在第 i 次测得的最高温度，℃; t_imin—各测试点在第 i 次测得的最低温度，℃; n—测量次数。
5. 7 最大捕水量测试
在平底托盘中加入最大限度( 总量不超过仪器标称最大捕水量 1. 5 倍) 的注射用水，分别置于板层上。按照冻干机使用标准操作规程，对冻干箱 ( 板层) 和后箱冷凝器进行预冻，在一定真空度下，对注射用水进行连续真空干燥，停机后称量平底托盘中的残留注射用水的量，按照下列公式计算冻干机的最大捕水量。
最大捕水量 = 加入量 － 残留量

       Christ冻干机的性能确认过程中，应严格按照设备标准操作规程，若出现个别项目不合格，应查明原因并对该项目进行再验证。若属设备参数设定问题，应考虑重新进行参数设置和试验。必要时可以对各项参数进行相同工况多次验证和不同装载( 空载、负载、热穿透等) 情况的验证。
一般正常情况下，验证周期为( 1 ～ 2) 年，使用单位可根据自身行业属性、仪器的使用频率、仪器工况等因素适当的调整验证周期。若更换重要配套设备或大修后，均需要再次验证，以确保各种重大变更不会对使用效果产生影响。